两座污水处理系统中细胞态和游离态抗生素抗性基因的丰度特征

为探究污水处理系统中抗生素抗性基因(ARGs)、特别是胞外游离态ARGs的赋存特征,本研究选取生活污水处理系统和工业废水处理系统各一座,采用荧光定量PCR对细胞态及游离态ARGs丰度变化开展研究.在生活污水处理系统M中,进水sulⅡ、tet C、bla PSE-1和erm B这4种ARGs细胞态的绝对丰度均大幅高于游离态的绝对丰度,生物处理未对抗生素抗性菌(ARBs)产生富集效应;MBR的超滤膜有效削减了水中细胞态和游离态DNA,最终ARGs的总去除率为2.54~4.95 logs.在焦化废水处理系统C中,生物处理对携带sulⅡ的ARBs产生了富集效应,但游离态sulⅡ的相对丰度和绝对丰度均有所降低;其后混凝-砂滤工艺使水中细胞态和游离态sulⅡ的绝对丰度分别出现了下降和上升,游离态sulⅡ在总sulⅡ中的比例从生物处理出水中的0.05%,上升到混凝-砂滤出水中的1.33%,并在25℃恒温避光静置5d后进一步上升至9.31%.ARBs深度去除及残留细胞裂解,使污水处理系统出水中游离ARGs在总ARGs中的比例有所上升.游离态ARGs介导ARGs在污水处理系统出水受纳环境中的传播扩散风险有待后续研究进行深入评估.     

Fe0对污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵及抗生素抗性基因的影响

在中温条件下以污泥为接种物,以餐厨垃圾为发酵底物,通过向厌氧发酵系统中投加不同量的Fe~0,考察其对餐厨垃圾厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、SCOD、氨氮、挥发性脂肪酸(VFAs)以及厌氧发酵体系中抗生素抗性基因行为特征的影响(包括β-内酰胺类bla OXA-1、bla TEM,大环内脂类erm B、erm F、mef A,磺胺类sul1、sul2,四环素类tet M、tet O、tet Q、tet W、tet X和Ⅰ类整合子int I1)。结果表明:投加Fe~0可以起到提高产气量,促进有机物的水解,缓解酸抑制的作用,当投加20 g/L Fe~0时产气量最高。由于经过湿热水解预处理,原始餐厨垃圾的抗性基因丰度较低,但接种污泥中ermF、tetO、tetQ和tetW的丰度较高,分别为5. 13×10~5,3. 04×10~5,2. 03×10~5,1. 11×10~5copies/g,经厌氧发酵后这4种抗性基因丰度削减明显,但是mefA和tetM的丰度与原始投加物料相比有所增长,投加20 g/L Fe~0与未投加Fe~0相比,mefA、tetM 2种抗性基因的丰度有一定削减。     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明:四环素抗性基因(tetA、tetC和tetM)、磺胺抗性基因(sul1和sul2)、大环内酯抗性基因(ermA和ermF)和喹诺酮抗性基因(parC和gyrA)在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³～1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³～1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷～2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.     

高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响

为研究大规模好氧高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响,采用荧光定量PCR法检测了4个大环内酯类抗性基因(erythromycin resistance methylase,erm A、erm B、erm C和erm F)、3个β-内酰胺抗性基因(beta-lactamase,bla TEM、bla CTX和bla SHV)和2个喹诺酮类抗性基因(quinolone resistance,qnr A和qnr S)在堆肥过程中的变化趋势.结果表明,堆肥初期大环内酯类抗性基因含量显著高于β-内酰胺类和喹诺酮类抗性基因(P0.01),其中erm B基因丰度最高为9.88×10~8copies·g~(-1),其次是erm F为9.40×10~8copies·g~(-1).在高温堆肥结束时β-内酰胺抗性基因和喹诺酮类抗性基因丰度维持在较低水平,而大环内酯类抗性基因在堆肥结束后仍然具有较高含量.其中,erm F基因与堆肥初期相比甚至出现了增加的情况,这表明高温堆肥过程不能有效去除所有抗生素抗性基因.对于某些抗生素抗性基因,堆肥可能还是良好的生物反应器而导致抗性基因的增殖,农田中堆肥产品的施用有可能会造成抗生素抗性基因的传递.     

一体化A2/O-MBR系统中抗性基因分布及去除效果研究

选取北京市某农村一体化A²/O-MBR污水处理系统,系统研究了系统中抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）及病原菌在全流程各个处理单元中的分布特征,基于宏基因组学的高通量测序技术对农村生活污水进水、MBR池中污泥和出水样品中ARGs及病原菌的丰度变化及去除效果进行了系统分析.结果表明：ARGs广泛存在于污水处理系统中,共检测出包括tetracycline类、aminoglycoside类和sulfonamide类在内的19类ARGs,进水中ARGs的相对丰度远远高于其在出水中的浓度,通过污水处理系统后ARGs相对丰度下降了72.25%,而大多数的ARGs在污水处理系统并不能得到完全去除.微生物群落结构变化显示,32种潜在病原体相对丰度下降明显,但大多数病原菌也无法得到完全去除.出水中残留的ARGs和病原菌仍会对受纳水体造成一定的潜在污染风险.     

牛粪堆肥系统环境因子对抗性基因的影响

本研究利用实时定量PCR技术检测牛粪60 d好氧堆肥过程中典型四环素类抗性基因(tet Q、tet W、tet M、tet G、tet A和tet X)和大环内酯类抗性基因(erm35、erm36、erm B、erm F、erm T和erm X)的数量变化规律,系统研究了温度、含水率、挥发性有机质(VS)含量、碳氮比(C/N)、pH值、氧化还原电位(ORP)等堆肥系统环境因子和细菌数量(TCB)对这两类典型抗生素抗性基因的影响.结果表明,堆肥升温阶段牛粪中tet Q、tet W、tet G和tet X数量分别增加1. 7、0. 3、84. 8和4. 5倍,而tet M丰度降低了83. 1%;堆肥腐熟阶段牛粪中tet G和tet X数量分别增加23. 8和11. 5倍,而tet W、tet Q和tet M数量均降低90%.整个牛粪堆肥过程中erm35、erm36、erm B、erm F、erm T和erm X丰度分别增加2. 1、430. 4、0. 6、11. 5、2. 1和49. 1倍. RDA分析表明,牛粪堆肥过程中对四环素与大环内酯类抗性基因数量影响较大的3个环境因子分别为:ORP(54. 8%)、温度(34%)和VS(11. 3%),其中ORP与erm X和erm B、温度与tet Q和erm F以及VS与tet W数量均呈明显地正相关.     

不同预处理方式对剩余污泥中活菌菌群及ARGs的影响

剩余污泥作为抗生素抗性基因（ARGs）的储库,对其进行预处理有助于后续厌氧消化（AD）,同时控制ARGs进入AD后的传播风险.本文采用叠氮碘化丙锭（PMA）处理手段,来研究不同预处理方式对活菌菌群及携带ARGs的影响.研究结果显示,热碱、热水解和微波预处理对污泥ARGs去除效果较优,分别为3.32log、3.13log和2.95log;超声波预处理对活菌ARGs仅去除0.58log.在热水解预处理时间延长过程中,菌群大量死亡出现在1~2h间,4h后去除率达2.42log.变形菌门是污泥中最主要的优势菌门,厚壁菌门、绿弯菌门在微波、热水解预处理后实现较大提升.相关性结果显示,sulI与tetC高度相似,且同时与多个科属的微生物成显著正相关,推测其宿主范围较广,且sulI与tetC在预处理中较好的去除率说明其宿主菌对预处理耐受性差;ermB、tetA与占比较高的菌群没有正相关.多数ARGs携带菌对热水解、热碱和微波不耐受,污泥预处理能够降低ARGs丰度,适当延长低温热水解预处理时间,才能有效削减污泥中的ARGs.     

某集约化肉鸡饲养场PM2.5中抗生素抗性基因的分布特征

集约化家禽饲养场是抗生素抗性基因(ARGs)的重要来源,而PM_(2.5)作为ARGs可能向人体暴露的重要途径还未得到很好地研究.本文采集了集约化肉鸡饲养场舍内PM_(2.5)和粪便以及舍外PM_(2.5)样品,利用荧光定量PCR(q PCR)进行一类整合子(int I1)、总细菌(16S r DNA)和6类共19种ARGs丰度的检测.结果显示,除blaGES-1和blaSHV-1之外,其余17种ARGs在6类样品中均有检出.磺胺类、四环素类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因在舍内粪便中丰度较高,达到1. 04×109～3. 27×1010copies·g-1,粪便是饲养场PM_(2.5)中ARGs的主要来源.舍内PM_(2.5)中以磺胺类和大环内酯类抗性基因丰度较高,分别为(8. 9±1. 9)×107copies·m-3和(5. 6±3. 1)×107copies·m-3,且舍内PM_(2.5)中ARGs丰度明显高于舍外. PM_(2.5)质量浓度与16S r DNA、int I1和ARGs丰度呈显著正相关,表明集约化饲养场中PM_(2.5)是空气传播细菌、ARGs和int I1的储存库和传播者. 6类样品中int I1丰度均高于ARGs,同时int I1和ARGs的共存关系表现出了多药耐药性的威胁,易对饲养人员和家禽健康及周边空气环境造成危害.     

17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.     

废水处理系统中抗生素抗性基因分布特征

废水处理厂被认为是抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究抗性基因在进水状况复杂的废水处理厂沿程的分布变化特征,选取以生产抗生素为主导行业的某化工园区废水处理厂,使用实时荧光定量PCR对废水处理厂沿程ARGs的种类、丰度变化进行研究.结果表明,废水处理厂水体中检出16种ARGs,四环素类、磺胺类ARGs为废水处理厂中占主导的抗性基因,并检出可移动遗传元件int I1,其丰度与磺胺类抗性基因的丰度(P 0. 05,r 0. 95)存在相关性,表明可移动遗传元件int I1可能促进了磺胺类抗性基因的迁移和转化.园区医药企业以合成大环内酯类抗生素为主,由于选择性压力,园区废水中,erm B抗性基因的绝对丰度远远高于其他废水中erm B的绝对丰度.废水经过废水处理厂生物处理工艺,总ARGs绝对丰度下降了1. 16个数量级,经过芬顿工艺处理后,总ARGs绝对丰度下降了2. 46个数量级,表明该废水处理工艺中深度处理工艺对ARGs的去除效果优于生物处理.高浓度、可移动的ARGs已经存在于水体中,如果没有得到有效治理,从废水处理厂排出,将给环境带来高度风险.